„Geometryczne korelacje w nanorurkach węglowych – prądy trwałe i
advertisement
Geometryczne korelacje w nanorurkach węglowych – prądy trwałe i spontaniczne dr Magdalena Margańska Zakład Fizyki Teoretycznej, Instytut Fizyki Uniwersytet Śląski w Katowicach we współpracy z: M. Szopą, E. Zipper Plan Prądy trwałe – efekt Aharonova-Bohma Nanorurki węglowe – relacja dyspersyjna Prąd trwały i moment magnetyczny w nanorurkach • neutralnych • domieszkowanych Efekty kolektywne w nanorurkach wielościennych: prąd spontaniczny Podsumowanie Efekt Aharonova-Bohma a prądy trwałe Potencjał wektorowy modyfikuje warunki brzegowe: Zmienia to wartość dozwolonych stanów pędowych w kierunku prostopadłym do pola Każdy elektron niesie prąd dany wzorem PRĄDY TE NIE RÓWNOWAŻĄ SIĘ WZAJEMNIE. Prądy trwałe w pierścieniach mezoskopowych W modelu swobodnych elektronów Dla nieparzystej liczby elektronów B=0 B0 Prądy trwałe w pierścieniach mezoskopowych Dla parzystej liczby elektronów B=0 B0 Silny prąd paramagnetyczny pojawia się gdy stany przekraczają poziom Fermiego. nić pajęcza 200x Nanorurki węglowe Nanorurki nieorganiczne – nowa faza materii MoS2, WS2 BN Symetryczna relacja dyspersyjna π○ π● Cechy specjalne: Dwa punkty Fermiego Stożkowa w pobliżu punktów Fermiego Głeboko wewnątrz strefy Brillouina - paraboliczna symetryczna względem E=0 Asymetryczna relacja dyspersyjna π○ π● s ~ 0.13 - przekrycie między sąsiednimi orbitalami π w grafenie Cechy specjalne: Dwa punkty Fermiego Liniowość E(k) w ich pobliżu Nanorurki – zmiana typu przewodnictwa półprzewodnikowa metaliczna Moment magnetyczny w nanorurce jednościennej I ( ) I k ( ) E / k k k ( ) I ( ) S Moment orbitalny a powierzchnia Fermiego W metalowych mezoskopowych cylindrach amplituda otrzymanego prądu trwałego zależy silnie od korelacji prądów z poszczególnych kanałów wzdłuż osi cylindra. o Dla kołowej powierzchni Fermiego – korelacje znikome, prąd słaby. o Dla spłaszczonej – korelacje silniejsze, prądy wzrastają. o Dla prostokątnej powierzchni Fermiego wszystkie prądy z jednej linii stanów są skorelowane, prąd potężnie wzmocniony. M. Stebelski et al., Eur.Phys. J. B 1 (1998) 215 Obniżony potencjał chemiczny Domieszkowanie dziurami lub elektronami zmieni geometryczną relację linii pędowych do powierzchni Fermiego. M. Kruger et al., Appl. Phys. Lett.78 (2001) 1291 Niewielkie wartości domieszkowania ( > -0.3 ) Rurka izolowana Ne = const, T = 0K, R = 10 Å Przypadek specjalny: > - K. Sasaki et al., cond-mat/0407539 Wysokie wartości domieszkowania Rurki metaliczne armchair chiralna zygzak Zależność od podobna dla małych domieszkowań; wyraźne różnice dla dużych Niezwykły wzrost momentu magnetycznego dla silnie domieszkowanych zygzaków Podatności magnetyczne nanorurek Nanorurki na ogół wykazują w pomiarach podatności diamagnetyzm. Jednak w polu równoległym nanorurki metaliczne wykazują prąd paramagnetyczny. Możliwość sterowania za pomocą pola magnetycznego? skala koloru: podatność różniczkowa +EF -EF Armchair (7,7) Zygzak (12,0) Φ/ Φ0 Prąd złapany i spontaniczny Prądy trwałe płynące w układzie indukują pole magnetyczne, dodające się do zewnętrznego. W połączeniu z równaniem opisującym prąd trwały dostajemy układ, który może mieć rozwiązania stabilne. Prąd złapany Prąd spontaniczny Nanorurki wielościenne, skrętności warstw Możliwe chiralności warstw rurki znaleźć można z warunku na ich wzajemną odległość – powinna być podobna do tej w graficie turbostratycznym, 3.4Å. Optymalne skrętności warstw nanorurki armchair zygzak Prądy spontaniczne w nanorurkach wielościennych Armchair, = 0 Zygzaki i chiralne, = - R = 22nm L = 1000 nm R = 22nm L = 1000 nm 54 aktywne warstwy 18 aktywnych warstw Podsumowanie Przy roztropnym domieszkowaniu, znaczne wzmocnienie odpowiedzi magnetycznej rurki na skutek geometrycznej korelacji poszczególnych stanów pędowych Możliwość sterowania charakterem przewodnictwa rurki poprzez dobór domieszkowania i wartości pola zewnętrznego Możliwość sterowania odpowiedzią magnetyczną rurki poprzez dobór domieszkowania i wartości pola zewnętrznego W niskich temperaturach prądy spontaniczne? Phys. Lett. A 299 (2002) Phys. Rev. B 70 (2004) Phys. Rev. B 72 (2005)
